Номер 6, страница 122, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 77. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 122.

Условие.

• Источники энергии в космосе.

Решение.

Космос наполнен энергией в различных формах, происходящих от фундаментальных физических процессов и явлений. Основные источники энергии во Вселенной можно классифицировать следующим образом:

Термоядерный синтез в звездах

Это наиболее известный и важный источник энергии. В недрах звезд, таких как наше Солнце, при огромных температурах и давлении протекают реакции термоядерного синтеза. В ходе этих реакций ядра более легких элементов (в основном водорода) сливаются, образуя ядра более тяжелых элементов (например, гелия). Часть массы исходных частиц, согласно знаменитой формуле Эйнштейна $E=mc^2$, превращается в огромное количество энергии. Эта энергия выделяется в виде электромагнитного излучения (свет, тепло, рентгеновские лучи) и потоков частиц (нейтрино, солнечный ветер). Эта энергия поддерживает жизнь на Земле и используется человечеством, например, в солнечных батареях космических аппаратов.

Ответ: Основным источником энергии в большинстве звездных систем, включая нашу, является термоядерный синтез, в ходе которого масса преобразуется в энергию.

Гравитационная энергия

Гравитация, будучи фундаментальной силой, может служить мощным источником энергии. Этот процесс реализуется несколькими способами:

• Аккреция: Падение вещества на массивные объекты, такие как черные дыры, нейтронные звезды или белые карлики. Вокруг объекта образуется аккреционный диск, в котором вещество из-за трения и сжатия разогревается до миллионов градусов и интенсивно излучает энергию. Квазары, самые яркие объекты во Вселенной, черпают свою энергию именно из этого процесса.
• Гравитационное сжатие: При формировании звезд и галактик гигантские облака газа и пыли сжимаются под действием собственной гравитации. Их гравитационная потенциальная энергия превращается в кинетическую, а затем в тепловую, разогревая вещество и запуская термоядерные реакции в будущих звездах.
• Гравитационные волны: При ускоренном движении массивных тел (например, при слиянии черных дыр или нейтронных звезд) возникают колебания пространства-времени, которые уносят часть энергии системы.

Ответ: Гравитационная энергия, высвобождаемая при падении вещества на массивные объекты (аккреция) и при сжатии материи, является источником самых мощных излучений во Вселенной.

Энергия взрывных процессов (Сверхновые)

Взрывы сверхновых — это колоссальные по мощности события, завершающие жизненный цикл массивных звезд или происходящие в системах с белыми карликами. В течение короткого времени сверхновая может излучать больше энергии, чем целая галактика, состоящая из сотен миллиардов звезд. Энергия высвобождается в виде света, потока нейтрино и кинетической энергии разлетающегося вещества. Эти взрывы также создают и рассеивают по космосу тяжелые химические элементы, необходимые для формирования планет и жизни.

Ответ: Взрывы сверхновых являются кратковременными, но чрезвычайно мощными источниками энергии, играющими ключевую роль в химической эволюции Вселенной.

Энергия вращения компактных объектов

Некоторые остатки звезд, такие как нейтронные звезды, обладают огромной энергией, запасенной в их сверхбыстром вращении и мощнейших магнитных полях. Например, пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые испускают узкие пучки электромагнитного излучения. По мере вращения этот пучок может пересекать Землю, и мы наблюдаем его как периодические импульсы. Энергия излучения черпается из энергии вращения пульсара, которое со временем замедляется. Особый класс объектов, магнетары, обладают экстремально сильными магнитными полями, и нестабильность в этих полях может приводить к выбросам гигантского количества энергии в виде гамма- и рентгеновского излучения.

Ответ: Кинетическая энергия вращения и энергия сверхмощных магнитных полей компактных звездных остатков (пульсаров и магнетаров) преобразуются в мощное направленное излучение.

Реликтовое излучение

Это электромагнитное излучение, оставшееся с ранних стадий существования Вселенной (эпохи рекомбинации), которое равномерно заполняет всё пространство. Его также называют космическим микроволновым фоновым излучением. Хотя его температура очень низка (около 2.7 Кельвина), и плотность энергии мала, суммарная энергия реликтового излучения во всей наблюдаемой Вселенной огромна. Это не практический источник для использования, но фундаментальный энергетический компонент космоса.

Ответ: Реликтовое излучение является "эхом" Большого взрыва и представляет собой древнейшую форму энергии, равномерно распределенную во Вселенной.

Темная энергия

Это самая загадочная и доминирующая форма энергии во Вселенной, составляющая, по современным оценкам, около 68% всей ее массы-энергии. В отличие от других форм, темная энергия не концентрируется в объектах, а равномерно распределена в пространстве. Она обладает отрицательным давлением, что приводит к антигравитационному эффекту — ускоренному расширению Вселенной. Её природа до сих пор неизвестна и является одной из главных загадок современной физики.

Ответ: Темная энергия — это гипотетическая, доминирующая форма энергии во Вселенной, которая вызывает ее ускоренное расширение, но её природа и возможность использования неизвестны.